JP2000081588A - ガルバノミラーアクチュエータ - Google Patents
ガルバノミラーアクチュエータInfo
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Abstract
行なうことができかつ小型化も可能なガルバノミラーア
クチュエータを提供する。 【解決手段】 下面を半円筒面3aに形成した永久磁石
3(3p、3q)を反射ミラー1を保持する保持部材2
に取り付け、永久磁石3の半円筒面3aを空気膜により
回転可能に支持する空気軸受け4をベース部材5に固定
するとともに空気軸受け4とベース部材5との間にコイ
ル6を配置し、永久磁石3の磁力により保持部材2を空
気軸受け4に付勢するように構成し、永久磁石3による
与圧力と空気軸受けによる空気膜を用いて回転部の保持
および案内を非接触で行なうことができるようにして、
軸受け剛性を高め回転精度を向上させる。これにより、
反射光線の角度誤差やオフセットが改善でき、また、微
少送り動作から高速揺動動作まで制御性が良好である
上、メンテナンスをなんら必要としない。
Description
動して光線を反射あるいは回折偏光するガルバノミラー
アクチュエータに関するものである。
など、レーザ等の光線を走査したり高精度に位置決めし
てそのレーザエネルギーを利用する加工技術が拡大しつ
つあり、また、レーザディスプレイなどのレーザ光線を
高速に偏向して画像を描画する装置がある。
どの光学部材を回転駆動して光線の光軸を所望の位置に
偏向あるいは走査するものであり、光学部材回転駆動装
置として、ガルバノミラーアクチュエータが数多く用い
られている。これらのガルバノミラーアクチュエータの
中には、用途に応じてある角度範囲のみ光学部材を回転
揺動させて使うものがあり、その描画あるいは位置決め
精度および高速作動性の要求は高まる傾向にある。
図5ないし図7に例示するような構成を備えている。図
5ないし図7において、反射ミラー101は、ベース部
材105に保持された板ばね102にそのくびれ部10
2aを介して回転可能に支持され、反射ミラー101の
下面には一対の磁石103、103とヨーク104が取
り付けられ、磁石103はヨーク103およびベース部
材105とともに磁気回路を構成する。そして、ベース
部材105には、磁石193と協働して反射ミラー10
1を回転駆動するコイル106が取り付けられている。
流を通電することにより回転方向のモーメントが発生
し、反射ミラー101を支持する板ばね102のくびれ
部102aがねじれて、反射ミラー101を回転させ、
反射ミラー101に入射した光線を偏向する。この時の
回転中心は図7に示すように板ばね102のくびれ部1
02a内の点Pである。
ラーの保持および回転案内手段としてボールベアリング
等の転がり軸受けを用いるガルバノミラーアクチュエー
タも知られている。
たような従来のガルバノミラーアクチュエータには次の
ような改善すべき課題があった。
ミラーアクチュエータにおいては、板ばねのくびれ部は
ある幅を持つため、その幅や板厚のばらつきのために、
被駆動部の回転中心を所定の位置に定めることが困難で
あり、また、板ばねは、ねじれ変形をさせるためにその
ねじれの回転方向以外の剛性も低下してしまい、このた
め回転中に被駆動部の重心が移動するとその影響で回転
中心が移動してしまい、反射した光線の角度誤差やオフ
セットずれ等の誤差が発生して位置決め性能が低下す
る。
ルバノミラーアクチュエータにおいては、ラジアル剛性
を高くできるが、微小送り動作を連続的に行なうと、軸
受けのボールとその保持器の位置関係がずれて回転摩擦
トルクが急増して制御性が悪化してしまう。また、決ま
った角度範囲で連続して回転揺動動作を行なうと、軸受
け内で局所的な油膜切れが発生して軸受けが損傷しやす
いため、給油機構や定期的な給油などが必要となり、装
置が大型化したりメンテナンスが必要となってしまう。
る未解決の課題に鑑みてなされたものであって、高精度
で高速な動作をメンテナンスフリーで行なうことができ
かつ小型化も可能なガルバノミラーアクチュエータを提
供することを目的とするものである。
め、本発明のガルバノミラーアクチュエータは、光学部
材を回転揺動駆動して光線を反射あるいは回折偏光する
ガルバノミラーアクチュエータにおいて、光学部材と、
該光学部材を保持する保持部材と、該保持部材に一体に
設けられた永久磁石と、前記保持部材に一体に設けられ
た半円筒面と、回転軸の方向と直交する方向に開放され
ており前記半円筒面を空気膜により回転可能に支持する
空気軸受けと、該空気軸受けを保持するベース部材と、
該ベース部材に固定されて電磁的に協働して前記光学部
材を回転駆動するコイルとから構成され、前記永久磁石
により前記保持部材が前記空気軸受けに対して付勢され
ていることを特徴とする。
おいては、保持部材に一体に設けられる半円筒面を永久
磁石の表面に形成することが好ましい。
受けを用いることによって、回転部を非接触で保持しか
つ案内することができ、軸受け剛性を高めて、反射ミラ
ー等の光学部材の回転軸中心の振れを小さくして反射し
た光線の角度誤差やオフセットを改善でき、反射光線の
反射角度の精度を向上させることができる。また、軸受
けおよび駆動部ならびに与圧が完全非接触であるのでス
ムーズな回転摩擦トルク特性を保つことができるため、
微少送り動作から高速揺動動作まで制御性が良好である
上、メンテナンスをなんら必要としない。
として用いるとともに、与圧手段としても用いるため、
部品点数の削減とアクチュエータの小型化が行なえる。
そして、固定側の軸受け構造を半径方向に開放型として
いるため、一方向からの組み立てが行なえるので、組み
立て作業性が非常に良好である。
いて説明する。
アクチュエータの一実施例の斜視図であり、(b)はそ
の分解斜視図であり、図2は、図1に図示するガルバノ
ミラーアクチュエータの要部の断面図であり、図3は、
同じく図1に図示するガルバノミラーアクチュエータの
動作を説明するための要部の断面図である。
しての反射ミラーであり、保持部材2の上面に固定され
ており、保持部材2は後述するように磁気回路としても
利用するために磁性材料で構成する。保持部材2の下面
には反射ミラー1を駆動するための永久磁石3pと3q
が並列して固定され、これらの永久磁石3pと3qから
なる永久磁石3の外側(下側)の表面3aは半円筒状に
形成され、その曲率中心Oが反射ミラー1の表面に位置
するように形成されており(図2および図3参照)、こ
の反射ミラー1の表面に位置する曲率中心Oが、図3に
図示するように、可動部側の中心軸芯として作用する。
そして、永久磁石3の半円筒状の表面3aは鏡面に仕上
げられ、また、永久磁石3の軸方向両端面3b、3bも
軸方向の位置規制のために鏡面に仕上げられている。な
お、本実施例においては、永久磁石3の外側表面を半円
筒状に形成しているけれども、外側表面を半円筒状とし
た部材を永久磁石とは別部材として作製し、これを永久
磁石の下面に固定して用いることも可能である。
する多孔質材料製の空気軸受けであり、この空気軸受け
4は、裏面4b側から供給される圧縮空気を軸受け面4
aからにじみ出すことができるように多孔質材料で作製
されており、供給される圧縮空気によって軸受け面4a
上に空気膜を形成し、永久磁石3を回転案内するととも
に、軸方向端部の内面4c、4cにおいても空気膜を形
成して半円筒形永久磁石3の両端面3b、3bの軸方向
の変位を規制する。空気軸受け4の多孔質材料として、
本実施例においてはグラファイトなどの多孔質材料を用
いた。
あり、6は永久磁石3と協働して反射ミラー1を駆動す
るコイルであって、ベース部材5と空気軸受け4との間
隙に固定される。ベース部材5は、保持部材2および永
久磁石3とともに磁気回路を構成するために磁性材料で
作製され、そして、ベース部材5には、コイル6を受け
入れるための凹部5aが形成され、さらに、空気軸受け
4の裏面4bの両側部を保持する側部保持面5b、5b
およびコイル6の中央穴が位置する部位に空気軸受け4
の裏面4bの中央部を保持する中央保持面5c、5cが
形成されている。また、外部から圧縮空気を空気軸受け
4の裏面4bに供給するための空気供給孔5dが中央保
持面5c、5cの間に開口するように形成されている。
したがって、ベース部材5の凹部5aにコイル6を挿入
固定し、そして、側部保持面5bおよび中央保持面5c
上に空気軸受け4を配置することにより、外部から空気
供給孔5dを介して圧縮空気を供給すると、圧縮空気
は、ベース部材5とコイル6および空気軸受け4の隙間
を通り、空気軸受け4の裏面4bから多孔質の空気軸受
け4を通り抜け、軸受け面4aおよび軸方向端部の内面
4cからにじみ出し、これらの表面に空気膜を形成す
る。なお、図1において、7は供給された圧縮空気を空
気軸受け4以外から外部へ漏洩しないようにベース部材
5を封止する封止部材である。
クチュエータにおいて、2個の永久磁石3p、3qを並
列して構成する永久磁石3を、例えば、図2に図示する
ように、一方の永久磁石3pは保持部材2に対向する面
をN極、空気軸受け4に対向する面をS極となるよう
に、そして、他方の永久磁石3qは逆に保持部材2に対
向する面をS極、空気軸受け4に対向する面をN極とな
るように配置することにより、永久磁石3は磁性材料で
作製されている保持部材2およびベース部材5とともに
図2に矢印で図示するような磁気回路mを構成する。
永久磁石3とベース部材5の磁気的な吸引力の作用によ
り、互いに引き合い密着しようとする。しかし、圧縮空
気の供給により、空気軸受け4の軸受け面4aの全面か
らしみだす圧縮空気によって永久磁石3と空気軸受け4
の間に空気膜が形成されており、この空気膜の厚さは、
図4に示すように、厚さを0に近付けると厚さ方向の剛
性が急激に上昇するという空気膜剛性−空気膜厚さの特
性を持っている。逆に空気膜の厚さを厚くして両者を離
そうとすると、磁力により引き合う力に抗しなければな
らない。この磁力による吸引力は、図4に図示するよう
に、空気膜の厚さの範囲では比較的緩やかな磁気吸引力
−磁気ギャップの特性を持っている。このため、磁気ギ
ャップを適切に設定して磁力による吸引力を所望の空気
膜剛性と釣り合わせることにより、空気膜の厚さは一定
の厚みに保たれ、かつラジアル方向の軸受け剛性の高い
空気軸受けを得ることができる。さらに、永久磁石3の
両端面3b、3bと空気軸受け4の端部内面4c、4c
とのクリアランスを適切に保つことにより、空気膜によ
ってスラスト方向の変位が高い剛性をもって規制され
る。この空気膜の厚さは、供給される空気圧や使用目的
に応じて適宜設定でき、通常2〜5μm程度に設定して
用いられる。
ータの動作について説明する。永久磁石3は、前述した
ように図2に示すような磁極に配置され、保持部材2お
よびベース部材6とともに図2に矢印で図示するような
磁気回路mを構成している。ここで、永久磁石3(3p
と3q)とベース部材6との間に配置されているコイル
6に電流を流すことにより、永久磁石3は磁路と直交す
る方向に力を受ける。そして、ラジアル方向には磁力と
空気膜によって変位が規制されているため、永久磁石3
は、その半円筒面3aが空気軸受け4の軸受け面4aに
沿って図3に示すように回転する。このとき、空気軸受
け4は機械的な接触部が全くないため、非常に滑らかな
回転動作が得られる。また、高い剛性をもつ空気膜によ
って保持されているため、回転軸の振れが小さい。この
ため、反射ミラ−1の反射面の回転位置再現性がよく、
また、可動部の回転軸中心は、回転中常に図2および図
3に図示する点Oの一点になるように保たれる。なお、
磁石表面と軸受け面表面は、円筒研磨や内筒研磨という
ワークまたは砥石等を回転させる研磨加工機を用いて作
製すれば、サブミクロンからミクロンオーダの良好な加
工精度を得ることができる。
アクチュエータによれば、永久磁石による与圧と空気軸
受けを用いることによって軸受け剛性を高めることがで
き、これにより、反射ミラーの回転軸中心の振れを小さ
くして反射した光線の角度誤差やオフセットの発生を小
さくでき、反射光線の反射角度の精度を向上させること
ができる。また、軸受けおよび駆動部ならびに与圧が完
全非接触であるのでスムーズな回転摩擦トルク特性を保
つことができるため、微少送り動作から高速揺動動作ま
で制御性が良好である上、メンテナンスをなんら必要と
しない。
石を軸受けの一部として用いるとともに、与圧手段とし
ても用いるため、部品点数の削減とアクチュエータの小
型化が行なえる。そして、固定側の軸受け構造を半径方
向に開放型としているため、一方向からの組み立てが行
なえるので、組み立て作業性が非常に良好である。
ミラーアクチュエータによれば、永久磁石により光学部
材を保持する保持部材を空気軸受けに付勢することによ
り、磁気的な与圧力と釣り合う一定の厚さの空気膜によ
って非接触に回転部の保持と案内を行なうものであるか
ら、従来の板ばね支持方式に比較して、軸受け剛性が高
められるので、回転精度が向上し、反射光線の角度誤差
やオフセットが改善でき、また、転がり軸受け方式に比
較しても、完全非接触の軸受けを用いるため、メンテナ
ンスをなんら必要とすることなく半永久的に使用するこ
とができ、さらに、組み立てが一方向から行なえるので
組み立て作業性が非常に良好である。
ることにより、半円筒面を構成する部材を別途必要とせ
ず、部品点数の削減と小型化を図ることができる。
エータの一実施例の斜視図であり、(b)はその分解斜
視図である。
の要部の模式断面図である。
の動作を説明するための要部の模式断面図である。
一実施例における空気軸受けの空気膜剛性と磁力の関係
を説明するための図表である。
の斜視図であり、(b)はその分解斜視図である。
エータの要部の模式断面図である。
エータの動作を説明するための要部の模式断面図であ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 光学部材を回転揺動駆動して光線を反射
あるいは回折偏光するガルバノミラーアクチュエータに
おいて、光学部材と、該光学部材を保持する保持部材
と、該保持部材に一体に設けられた永久磁石と、前記保
持部材に一体に設けられた半円筒面と、回転軸の方向と
直交する方向に開放されており前記半円筒面を空気膜に
より回転可能に支持する空気軸受けと、該空気軸受けを
保持するベース部材と、該ベース部材に固定されて電磁
的に協働して前記光学部材を回転駆動するコイルとから
構成され、前記永久磁石により前記保持部材が前記空気
軸受けに対して付勢されていることを特徴とするガルバ
ノミラーアクチュエータ。 - 【請求項2】 保持部材に一体に設けられる半円筒面は
永久磁石の表面に形成されていることを特徴とする請求
項1記載のガルバノミラーアクチュエータ。
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